Загрузите наш каталог продукции 2025 года, чтобы ознакомиться с подробными чертежами и техническими параметрами всех компонентов распределительного устройства.
Получить каталог Загрузите наш каталог продукции 2025 года, чтобы ознакомиться с подробными чертежами и техническими параметрами всех компонентов распределительного устройства.
Получить каталог
Анализ растворенных газов (DGA) обнаруживает и количественно определяет газы, растворенные в изоляционном масле трансформатора, чтобы выявить развивающиеся неисправности до того, как произойдет катастрофический отказ. Когда трансформаторное масло и целлюлозная изоляция испытывают ненормальные нагрузки - перегрев, дуга или частичный разряд - молекулярные связи разрушаются и выделяются характерные газы, которые создают диагностический отпечаток для инженеров по техническому обслуживанию.
При развертывании в полевых условиях более 200 силовых трансформаторов напряжением от 35 до 500 кВ DGA неизменно обеспечивает самое раннее предупреждение о развивающихся неисправностях - зачастую за 6-18 месяцев до обнаружения аномалий обычными методами диагностики. Благодаря такому опережающему времени реактивное техническое обслуживание превращается в плановое вмешательство.
Физика, лежащая в основе DGA, основана на термическом и электрическом разложении изоляционных материалов. Различные уровни энергии разрушают различные химические связи, что объясняет, почему каждый тип дефекта дает определенную газовую сигнатуру.
При температурах ниже 300°C при разложении нефти образуются в основном водород (H₂) и метан (CH₄). Частичные разряды - низкоэнергетические электрические пробои, возникающие в газовых пустотах или на границах между маслом и бумагой, - способствуют образованию водорода при этих относительно низких температурах. Испытания распределительных трансформаторов среднего напряжения показали, что скорость образования водорода в 50-200 ppm/год часто указывает на развитие частичного разряда без непосредственного риска выхода из строя.
При увеличении теплового напряжения до 500-700°C этилен (C₂H₄) становится доминирующим углеводородом. Локальные горячие точки, возникающие из-за циркулирующих потоков, заблокированных охлаждающих каналов или разрушенных соединений, создают условия для образования этилена. Когда концентрация этилена превышает 100 ppm при быстрой скорости образования, необходимо немедленно провести расследование.
Для значительного образования ацетилена (C₂H₂) требуется температура дуги более 700°C. Даже следовые концентрации в 2-5 ppm требуют проведения исследования, поскольку ацетилен редко появляется во время нормальной работы трансформатора. Этот газ служит окончательным маркером высокоэнергетических электрических повреждений.
Окись углерода (CO) и двуокись углерода (CO₂) образуются в результате деградации целлюлозы в бумажной изоляции, а не в результате распада масла. Соотношение CO₂/CO дает представление о степени деградации: соотношение ниже 3 обычно указывает на ускоренное старение, требующее вмешательства, в то время как соотношение выше 7 указывает на нормальное термическое старение.
Уровни кислорода и азота, хотя сами по себе и не являются аварийными газами, свидетельствуют о целостности консерватора и уплотнений. Повышенное содержание кислорода ускоряет окисление масла и образование шлама, усугубляя другие механизмы деградации.
Каждый растворенный газ рассказывает определенную историю о внутреннем состоянии трансформатора. Понимание этих сигнатур позволяет точно определить неисправность.
Водород (H₂) образуется при самых низких энергиях повреждения, обычно выше 150°C. Основными источниками являются частичный разряд в масле или на границах раздела масло-бумага, коронный разряд в газовых карманах и низкоэнергетическое искрение от плавающих потенциалов. Опыт эксплуатации показывает, что стареющие фарфоровые втулки часто вызывают постепенное увеличение водорода от коронного разряда на деградированных емкостных градиентных слоях.
Метан (CH₄) указывает на термическое разложение в диапазоне 150-300°C. Распространенными источниками являются циркулирующие токи в ламинатах сердечника, некачественные соединения в заземляющих обвязках сердечника и незначительный перегрев соединений. Метан сам по себе редко сигнализирует о срочных проблемах, но требует мониторинга.
Этан (C₂H₆) появляется при умеренных тепловых нагрузках в диапазоне 300-500°C. Источники совпадают с метаном, но с большей интенсивностью - засоренные каналы охлаждения, ухудшение контактов устройства РПН под нагрузкой и локальные горячие точки обмотки.
Этилен (C₂H₄) требует температуры 500-700°C, что свидетельствует о сильном перегреве. Перегретые проводники, закороченные ламинации жил и разрушающиеся втулочные соединения выделяют значительное количество этилена. Тенденции роста этилена требуют серьезного изучения, независимо от абсолютной концентрации.
Ацетилен (C2H2) представляет собой наиболее критичный газ повреждения, образующийся только при температурах выше 700°C - условиях, связанных с дуговыми замыканиями и высокоэнергетическими разрядами. Даже следовые концентрации в 2-5 ppm требуют исследования, поскольку ацетилен редко появляется во время нормальной работы.
Монооксид углерода (CO) и Диоксид углерода (CO₂) сигнализируют о разрушении целлюлозы. При тепловом старении бумажной изоляции выделяются оба газа, причем их соотношение указывает на степень тяжести. Быстрое повышение уровня CO, особенно превышающее 50 ppm/месяц, свидетельствует об ускоренном разрушении бумаги, что сокращает срок службы трансформатора.
Кислород (O₂) и Азот (N₂) указывают на воздействие атмосферы. В герметичных трансформаторах содержание кислорода должно быть ниже 3 000 ppm. Повышенное содержание кислорода ускоряет окисление, образуя кислотные побочные продукты, которые разрушают бумажную изоляцию.
[Экспертный взгляд: подводные камни газовой интерпретации].
- Устройства переключения нагрузки (УПН) с дуговыми контактами, разделяющими масло в главном резервуаре, выделяют ацетилен при нормальном переключении - всегда проверяйте тип УПН перед интерпретацией данных C₂H₂
- Блуждающие газы от некоторых видов нефти могут выделять водород и метан без фактических дефектов; установите базовые показатели для конкретных марок нефти
- Недавняя обработка нефти (дегазация, фильтрация) временно подавляет уровень газа, потенциально маскируя развивающиеся дефекты
- Перегрев от внешних источников (солнечное излучение на открытых резервуарах) может привести к образованию тепловых газов, не связанных с внутренними неисправностями
Три основных метода преобразуют необработанные концентрации газов в диагнозы неисправностей. Каждый из них имеет свои преимущества в зависимости от сложности неисправности.
Ключевой газовый метод обеспечивает самую быструю оценку состояния поля, определяя, какой отдельный газ показывает самую высокую концентрацию или самую высокую скорость роста. Преобладание водорода свидетельствует о частичном разряде. Преобладание этилена указывает на серьезные тепловые повреждения. Преобладание ацетилена указывает на дугу. Этот метод хорошо работает в явных случаях, но затрудняется при смешанных сигнатурах повреждений, когда одновременно действуют несколько механизмов деградации.
Коэффициенты Роджерса использовать математические соотношения между парами газов - CH₄/H₂, C₂H₆/CH₄, C₂H₄/C₂H₆ и C₂H₂/C₂H₄ - для классификации разломов по заранее определенным кодам. Систематический подход снижает субъективность интерпретации. Однако соотношения Роджерса часто дают результаты “нет диагноза”, когда соотношения выходят за определенные границы, что часто случается с зарождающимися или смешанными дефектами.
Треугольник Дюваля строит графики относительных процентных содержаний метана, этилена и ацетилена по треугольным координатам. Семь зон внутри треугольника соответствуют определенным типам разломов:
Метод Дюваля справляется со смешанными повреждениями лучше, чем методы соотношения, и получил широкое признание в коммунальном хозяйстве. Расширения, включая треугольник Дюваля 4, треугольник 5 и Пентагон, касаются специфического оборудования, такого как устройства переключения нагрузки и шунтирующие реакторы.
IEEE C57.104-2019 подчеркивает абсолютные уровни концентрации с четырехуровневым статусом условий (Условия 1-4), в то время как IEC 60599 уделяется соотношению газов и типичным диапазонам концентраций. Большинство коммунальных служб применяют гибридные подходы, используя методы соотношения МЭК для идентификации неисправностей в сочетании с абсолютными пороговыми значениями в стиле IEEE для включения аварийной сигнализации.
| Метод | Лучшее приложение | Первичное ограничение |
|---|---|---|
| Ключевой газ | Быстрая проверка на месте | Промахи, смешанные ошибки |
| Коэффициенты Роджерса | Систематическая классификация | Частые результаты “нет диагноза” |
| Треугольник Дюваля | Идентификация смешанных неисправностей | Требуется минимум данных по трем газам |
| IEEE C57.104 | Сигналы тревоги с абсолютным порогом | Меньшая специфичность типа неисправности |
| IEC 60599 | Диагностика на основе соотношений | Требуется опыт устного перевода |
Результаты лабораторных ДГА мало что значат без соответствующих контексту уровней тревоги. Приведенная ниже схема отражает общепринятую практику коммунальных служб для трансформаторов на минеральном масле, хотя конкретные пороговые значения зависят от класса напряжения, возраста и степени важности актива.
| Газ | Норма (ppm) | Осторожно (ppm) | Предупреждение (ppm) | Критический (ppm) |
|---|---|---|---|---|
| H₂ | <100 | 100-200 | 200-500 | >500 |
| CH₄ | <50 | 50-100 | 100-150 | >150 |
| C₂H₆ | <30 | 30-60 | 60-100 | >100 |
| C₂H₄ | <50 | 50-100 | 100-200 | >200 |
| C₂H₂ | <2 | 2-10 | 10-35 | >35 |
| CO | <500 | 500-700 | 700-1,000 | >1,000 |
| CO₂ | <5,000 | 5,000-8,000 | 8,000-12,000 | >12,000 |
Эти значения представляют собой общее руководство для трансформаторов ≤69 кВ. Для трансформаторов класса передачи часто используются более жесткие пороговые значения.
Абсолютная концентрация - это лишь часть истории. Скорость газообразования часто обеспечивает более раннее предупреждение:
Для определения тренда требуются постоянные интервалы отбора проб. Критически важные трансформаторы обычно требуют ежеквартального отбора проб; распределительные трансформаторы могут использовать ежегодные интервалы. Онлайн-мониторы DGA оправдывают свою стоимость на критически важных блоках, где раннее обнаружение предотвращает отказы, которые стоят миллионы затрат на замену и потерю производства.
Стандартные пороги требуют корректировки:
Инженерам, разрабатывающим новое маслонаполненное оборудование, полезно понимать основы DGA при оценке вариантов из производитель распределительных трансформаторов. Качество исходного масла и выбор конструкции - класс повышения температуры обмотки, эффективность системы охлаждения, изоляционные материалы - напрямую влияют на долгосрочные профили газообразования.
[Expert Insight: Alarm Logic in Practice]
- Никогда не включайте тревогу при превышении нормы в одной пробе; требуйте подтверждения проб в течение 2-4 недель
- Сигналы тревоги по изменению скорости улавливают быстро развивающиеся неисправности, которые еще не перешли абсолютные пороги
- Нормализация флота - сравнение отдельных единиц со средними показателями по популяции - позволяет выявить отклонения, даже если все единицы попадают в “нормальные” диапазоны
- Документирование реакций на сигналы тревоги и результатов для уточнения пороговых значений на основе фактической корреляции неисправностей
Качество образцов определяет диагностическую ценность. Загрязненные или неправильно обработанные образцы дают недостоверные результаты, которые могут привести к ненужным вмешательствам или пропустить истинные неисправности.
Подготовка к отбору проб: Промойте клапан отбора проб 200-500 мл масла перед отбором анализируемой пробы. При этом удаляется застоявшееся масло и загрязнение клапана. Используйте газонепроницаемые стеклянные шприцы или металлические контейнеры, предназначенные для отбора проб DGA, - пластиковые контейнеры позволяют проникать газу.
Минимизация воздействия воздуха: Завершите процесс отбора проб быстро. Воздух, растворенный в образце во время отбора, искусственно повышает показатели кислорода и азота, а также потенциально разбавляет концентрацию газов, вызывающих неисправности. Заполняйте контейнеры полностью, не допуская образования свободного пространства.
Доставка и хранение: Отправляйте образцы в течение 24-48 часов после сбора. Длительное хранение позволяет продолжить газовую эволюцию и атмосферный обмен. Перепады температуры во время транспортировки могут изменить равновесие растворимости газов.
Создание базового уровня: Новые трансформаторы должны иметь базовый уровень DGA в течение 3-6 месяцев после включения в сеть. Это позволяет зафиксировать начальные уровни газа до накопления эксплуатационного напряжения и обеспечить точки отсчета для будущих трендов.
Интеграция с онлайн-мониторингом: Непрерывные мониторы DGA, использующие фотоакустическую спектроскопию или теплопроводность, достигают пределов обнаружения 1-5 ppm при ежечасных или ежедневных циклах измерений. Эти системы отлично справляются с фиксацией переходных режимов неисправностей, которые могут быть пропущены при периодическом отборе проб между квартальными испытаниями. Интеграция со SCADA обеспечивает автоматическое оповещение и визуализацию трендов.
Для предприятий, управляющих как маслонаполненными трансформаторами, так и вышестоящим коммутационным оборудованием, диагностическая дисциплина, необходимая для эффективного DGA, естественно, распространяется и на понимание требований к обслуживанию устройств защиты среднего напряжения. Безмасляные технологии, такие как технологии компании производитель вакуумных выключателей устраняют проблемы с растворенными газами в коммутационном оборудовании, обеспечивая надежную защиту трансформаторов.
Результаты ДГА редко являются самостоятельным средством комплексной оценки состояния. Перекрестное сопоставление газовых данных с другими методами диагностики улучшает локализацию неисправностей и принятие решений о вмешательстве.
Испытания качества масла Дополните DGA, оценив целостность изоляции с разных сторон. Содержание влаги влияет на диэлектрическую прочность и ускоряет старение бумаги - соотнесите повышенную влажность с тенденциями CO/CO₂, указывающими на деградацию бумаги. Кислотность (число нейтрализации) показывает накопление побочных продуктов окисления. Межфазное натяжение падает по мере деградации масла, отслеживая показатели теплового напряжения.
Электрические испытания локализуют неисправности, которые обнаруживает DGA. Измерение сопротивления обмотки позволяет выявить проблемы с соединением по признакам теплового газа. Проверка коэффициента мощности выявляет загрязнение или влажность изоляции. Проверка соотношения витков подтверждает целостность обмотки, когда DGA показывает потенциальные признаки межвиткового замыкания.
Тепловидение во время работы выявляет внешние горячие точки - неплотные соединения, засоренные радиаторы, недостатки системы охлаждения - которые способствуют образованию теплового газа. Корреляция результатов термографии с тенденциями DGA позволяет выявить основные причины.
Ультразвуковое обнаружение частичных разрядов подтверждает результаты ДГА с преобладанием водорода, подтверждая наличие активных источников ЧР. Акустические методы иногда позволяют локализовать активность разряда на конкретных втулках, устройствах РПН или участках обмотки.
Понимание физики обнаружения неисправностей в трансформаторах развивает диагностическую интуицию, применимую ко всему энергетическому оборудованию. Принципы, лежащие в основе работа вакуумного прерывателя-контактное разделение, гашение дуги, восстановление диэлектрика - представляют собой аналогичные диагностические задачи в коммутационном оборудовании, где применяются различные методы измерения.
Построение целостной программы оценки состояния означает установление корреляции между методами диагностики для конкретного парка трансформаторов. Со временем появляются закономерности: определенные газовые сигнатуры надежно предсказывают конкретные аномалии электрических испытаний, определенные тенденции качества масла предшествуют изменениям газообразования, а результаты тепловидения объясняют непонятные в других случаях результаты ДГА.
Внешняя ссылка: МЭК 60076 - Стандарты на силовые трансформаторы IEC 60076
Ежегодный отбор проб подходит для большинства распределительных трансформаторов, работающих в нормальных условиях, хотя устройства с повышенным уровнем газа или частыми перегрузками могут потребовать ежеквартального мониторинга до стабилизации тенденций.
Онлайн-мониторы отлично справляются с непрерывным отслеживанием тенденций и фиксацией переходных событий, но обычно измеряют меньшее количество газов, чем при полном лабораторном анализе; большинство коммунальных служб используют онлайн-мониторинг для критических установок, сохраняя при этом периодическое лабораторное подтверждение.
Водород обеспечивает самое раннее предупреждение о развивающихся проблемах благодаря низкой температуре образования, хотя ацетилен - даже при следовых уровнях - требует наиболее срочного реагирования, поскольку указывает на активную дугу.
В старых трансформаторах накапливаются фоновые уровни газа в результате кумулятивного теплового старения; при интерпретации следует сравнивать текущие значения с историческими тенденциями, характерными для конкретного устройства, а не с общими пороговыми значениями для населения.
Переработка нефти (дегазация, фильтрация, рекультивация) временно подавляет уровень растворенного газа; после переработки образцы устанавливают новые базовые значения, и любое быстрое увеличение газа после этого может указывать на то, что переработка выявила ранее скрытую активность разлома.
Жидкости на основе природных эфиров образуют газ, отличный от минерального масла, с более высоким уровнем паразитного газообразования и различными температурно-газовыми корреляциями; для интерпретации требуется руководство, учитывающее специфику эфира, а не стандартные пороговые значения для минерального масла.
DGA надежно определяет активные механизмы деградации, но не может точно предсказать оставшийся срок службы; анализ фурана (измерение побочных продуктов деградации бумаги) в сочетании с трендом DGA дает более точную оценку срока службы, чем любой из методов в отдельности.
